基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐

胡艷秋，李 慧，李會(huì)敏，蔣杞英，王國(guó)英，王紅菊 (河南大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院組織學(xué)與胚胎學(xué)教研室， 開封 475004)

教育信息化背景下，拓展教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度、延伸教學(xué)的時(shí)間和空間，打破學(xué)習(xí)資源限制，擺脫學(xué)習(xí)時(shí)空制約，是值得深入研究的課題。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)院校[1]。同時(shí)，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來(lái)，大規(guī)模在線開放課程(massive open online courses,MOOC)、小規(guī)模限制性在線課程(small private online course,SPOC)、翻轉(zhuǎn)課堂等新型教學(xué)模式，為高等院校本科教學(xué)改革與創(chuàng)新提供了新的思路[2]。

組織學(xué)與胚胎學(xué)是一門重要的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程，與其他基礎(chǔ)課程(如生理學(xué)、病理學(xué)等)和臨床課程(如內(nèi)科學(xué)、婦產(chǎn)科學(xué)等)聯(lián)系密切，但課程內(nèi)容抽象、知識(shí)點(diǎn)繁多，學(xué)習(xí)難度大[3，4]。因此，采用更加有效的教學(xué)模式勢(shì)在必行。2018年，在教育部召開的中國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議上，金課被首次提出，并寫入教育部文件中。在未來(lái)兩到三年內(nèi)，建設(shè)五大類型金課，其中包括線上線下混合式金課[5]。本研究以此為契機(jī)，構(gòu)建以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為依托、融合多元化教學(xué)方法的線上線下混合式教學(xué)模式，在組織學(xué)與胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)踐以探析該教學(xué)模式的可行性和應(yīng)用效果。

1 組織學(xué)與胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

組織學(xué)與胚胎學(xué)是研究人體微細(xì)結(jié)構(gòu)及其相關(guān)功能和個(gè)體發(fā)生發(fā)育及發(fā)生機(jī)制的學(xué)科，這門課程屬于形態(tài)學(xué)范疇。課程教學(xué)分為理論和實(shí)驗(yàn)兩部分，先理論教學(xué)、后實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是使學(xué)生通過自己操作和顯微鏡下觀察,認(rèn)知正常人體細(xì)胞、組織、器官的形態(tài)結(jié)構(gòu),從而進(jìn)一步對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容融會(huì)貫通；同時(shí)也對(duì)學(xué)生進(jìn)行基本技能訓(xùn)練,培養(yǎng)獨(dú)立思考和獨(dú)立研究的能力。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在提高學(xué)生對(duì)微細(xì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)知和理論內(nèi)容的理解方面起到非常重要的作用[6，7]。傳統(tǒng)的教學(xué)模式是教師先以PPT形式講解切片中的重點(diǎn)結(jié)構(gòu)，然后學(xué)生使用顯微鏡觀察玻片標(biāo)本，并找到重點(diǎn)結(jié)構(gòu)，教師在旁進(jìn)行個(gè)別輔導(dǎo)，最后總結(jié)。

傳統(tǒng)教學(xué)模式存在以下問題：①傳統(tǒng)教學(xué)在使用時(shí)間與空間的局限性。實(shí)驗(yàn)課每周只安排一次，一次只有2學(xué)時(shí)。盡管學(xué)生在課堂上充分利用時(shí)間觀察切片，但由于內(nèi)容較多，鏡下尋找重點(diǎn)結(jié)構(gòu)費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)，導(dǎo)致課上時(shí)間不夠用。由于學(xué)生觀察玻片標(biāo)本需要顯微鏡，而顯微鏡又只能在實(shí)驗(yàn)室使用，如果學(xué)生想在課后觀察切片，需要與實(shí)驗(yàn)教師在課余時(shí)間預(yù)約使用，這造成一定的不便。時(shí)間與空間的局限性限制了學(xué)生的自學(xué)能力，影響學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)效果。②傳統(tǒng)教學(xué)難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。教師主動(dòng)講-學(xué)生被動(dòng)找的教學(xué)模式，會(huì)導(dǎo)致很多學(xué)生對(duì)尋找重點(diǎn)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生倦怠心理，導(dǎo)致“只會(huì)認(rèn)圖片、不會(huì)認(rèn)結(jié)構(gòu)”的現(xiàn)象，嚴(yán)重降低了實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果。③理論課和實(shí)驗(yàn)課兩大教學(xué)環(huán)節(jié)不能很好地相互銜接、融會(huì)貫通。④傳統(tǒng)教學(xué)無(wú)法滿足學(xué)生自主性學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求。課前、課后缺乏與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)的自主學(xué)習(xí)資源，學(xué)生自主性學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求無(wú)法得到滿足。

因此，如何提高組織學(xué)與胚胎學(xué)教學(xué)質(zhì)量，探討更加有效的教學(xué)模式，是課程改革必須解決的重點(diǎn)問題。

2 基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的線上線下混合式教學(xué)的實(shí)踐應(yīng)用

2.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)

組織學(xué)與胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要使用顯微鏡觀察組織切片，以掌握人體各器官、組織、細(xì)胞的微細(xì)結(jié)構(gòu)，而實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、教學(xué)時(shí)間、儀器設(shè)備難以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，需要尋找能補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的諸多優(yōu)點(diǎn)使之成為首選。2018年我校購(gòu)入數(shù)字切片掃描系統(tǒng)。本教研室教師使用該系統(tǒng)將組織切片進(jìn)行掃描、分類、歸檔并存儲(chǔ)在服務(wù)器中，建立了河南大學(xué)數(shù)字切片庫(kù)(http:∥172.32.16.70/DSE)。數(shù)字切片是利用全自動(dòng)顯微鏡切片掃描系統(tǒng)，結(jié)合虛擬切片軟件系統(tǒng)，將傳統(tǒng)玻片標(biāo)本進(jìn)行掃描、無(wú)縫拼接，生成一張全視野的數(shù)字切片，數(shù)字切片具有傳統(tǒng)切片的所有功能，在計(jì)算機(jī)上(如同顯微鏡下)可進(jìn)行不同倍率(4倍，10倍，20倍，40倍，100倍)觀察，并在一定范圍內(nèi)(1-100倍)無(wú)極連續(xù)變倍瀏覽切片。學(xué)生在電腦端和手機(jī)端即可觀察，不受時(shí)間和空間的限制。

為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性和主動(dòng)性，本教研室教師以數(shù)字切片庫(kù)為基礎(chǔ)，指導(dǎo)我校本科生申報(bào)了河南省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目-組織學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)，2019年獲批立項(xiàng)，2020年以優(yōu)秀結(jié)項(xiàng)，同時(shí)獲得河南省本科高校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目?jī)?yōu)秀成果一等獎(jiǎng)。建設(shè)開發(fā)的“組織學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”包括基本組織和各個(gè)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，共有10項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)均由知識(shí)點(diǎn)、數(shù)字切片、觀察重點(diǎn)、在線測(cè)試和知識(shí)拓展五個(gè)模塊構(gòu)成，滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的要求，既適合教學(xué)，又適合自學(xué)。組織學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目于2020年并入河南大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(http:∥172.31.2.204/)上線運(yùn)行，自上線以來(lái)，選修累計(jì)達(dá)8 000多人次。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的建設(shè)既培養(yǎng)受教育者(學(xué)生)，也培養(yǎng)教育者(教師)，使教師和學(xué)生的信息素養(yǎng)和專業(yè)素養(yǎng)均得到提高，建設(shè)開發(fā)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目又應(yīng)用于教學(xué)，使更多的學(xué)生受益，使教師與學(xué)生共同發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。

2.2 基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的線上線下混合式教學(xué)模式的實(shí)施方案

我們遵循以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念，實(shí)行以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為主線、問題引領(lǐng)為導(dǎo)向、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為支撐的線上線下混合式教學(xué)。教師在教學(xué)過程的三個(gè)階段課前、課中、課后[8]，以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為平臺(tái)，進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)，使實(shí)體實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充。在教學(xué)中，教師既要發(fā)揮實(shí)體實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，能實(shí)不虛；又借助于信息技術(shù)，以虛補(bǔ)實(shí)、以虛促實(shí)，拓展教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度、延伸教學(xué)的時(shí)間和空間[9]。

2.2.1 課前線上自主學(xué)習(xí)、獲取信息 課前教師通過雨課堂發(fā)布課程公告、實(shí)驗(yàn)課件和實(shí)驗(yàn)微課，發(fā)放用于翻轉(zhuǎn)課堂的引導(dǎo)性問題。學(xué)生通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行預(yù)習(xí),既包括文字內(nèi)容，又可以觀看操作視頻,并反復(fù)在線操作,還可以通過平臺(tái)向教師提問。

2.2.2 課中講授、學(xué)生自主觀察及師生互動(dòng) 線下實(shí)驗(yàn)課為小班教學(xué)。我們?cè)趥鹘y(tǒng)切片觀察的基礎(chǔ)上引入小組討論和翻轉(zhuǎn)課堂[10]。對(duì)于課堂教學(xué)，教師改進(jìn)傳統(tǒng)課堂教學(xué)內(nèi)容，不再是重復(fù)PPT的講述，而是授課教師通過簡(jiǎn)短性的總結(jié)和提煉本部分的內(nèi)容，通過設(shè)計(jì)引導(dǎo)性問題，將線上學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)概括，對(duì)學(xué)生的線上學(xué)習(xí)情況進(jìn)行督導(dǎo)。學(xué)生通過在課前虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，自主進(jìn)行玻片標(biāo)本觀察；授課教師進(jìn)行輔導(dǎo)；期間學(xué)生可以在小組長(zhǎng)帶領(lǐng)下進(jìn)行小組討論和翻轉(zhuǎn)課堂，增強(qiáng)分析解決問題及團(tuán)隊(duì)合作的能力；教師進(jìn)行巡視和答疑。下課前10 min，教師在雨課堂發(fā)布與本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的5道圖像測(cè)試題，學(xué)生當(dāng)堂完成，提交后系統(tǒng)即可顯示測(cè)試成績(jī)，以檢測(cè)本次實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。測(cè)試成績(jī)可計(jì)入實(shí)驗(yàn)平時(shí)成績(jī)。最后，教師對(duì)本次教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行小結(jié)。

2.2.3 課后復(fù)習(xí)鞏固、個(gè)性拓展提升 課后學(xué)生整理完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行復(fù)習(xí)和在線測(cè)試，并與教師在QQ群和微信群互動(dòng)、討論問題。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的知識(shí)拓展模塊可滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)。

2.3 建立內(nèi)容多元化的評(píng)價(jià)方式

線上線下混合式教學(xué)的考核評(píng)價(jià)采取過程性、多元化評(píng)價(jià)，課程總評(píng)成績(jī)中理論期末考試成績(jī)占60%，理論平時(shí)成績(jī)占10%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占30%。實(shí)驗(yàn)成績(jī)中實(shí)驗(yàn)期末考試成績(jī)(百分制)占50%，實(shí)驗(yàn)平時(shí)成績(jī)(百分制)占50%，實(shí)驗(yàn)課期末考試采用實(shí)踐操作的形式，由學(xué)生操作顯微鏡，觀察、判讀組織切片。過程性評(píng)價(jià)計(jì)入實(shí)驗(yàn)平時(shí)成績(jī)(百分制)的內(nèi)容包括：①雨課堂預(yù)習(xí)課件視頻的完成程度，占10%。②虛擬仿真實(shí)驗(yàn)完成程度，占20%。③虛擬仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)的在線測(cè)試成績(jī)(取10次實(shí)驗(yàn)的平均值)，占20%。④課中雨課堂在線測(cè)試成績(jī)(取各實(shí)驗(yàn)的平均值)，占20%。⑤實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)(取平均值)，占30%。①-④項(xiàng)由雨課堂和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，⑤項(xiàng)由帶教老師批改統(tǒng)計(jì)匯總。過程性評(píng)價(jià)有別于傳統(tǒng)教學(xué)的單一考核評(píng)價(jià)方式，避免了只看成績(jī)不看過程的弊端，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提升學(xué)生專業(yè)水平和綜合素質(zhì)。

3 線上線下混合式教學(xué)的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

表1 兩組學(xué)生期末考試成績(jī)比較 (分)

3.2 學(xué)生滿意度調(diào)查

我們以實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組學(xué)生為調(diào)查對(duì)象，應(yīng)用雨課堂的匿名投票功能，發(fā)布該調(diào)查問卷。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組222名學(xué)生全部參與投票。結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組對(duì)教學(xué)的滿意度(90.99%)明顯高于對(duì)照組(72.07%)。

3.3 學(xué)生對(duì)混合式教學(xué)的評(píng)價(jià)調(diào)查

我們以實(shí)驗(yàn)組學(xué)生為調(diào)查對(duì)象，應(yīng)用雨課堂的匿名投票功能，發(fā)布該調(diào)查問卷。實(shí)驗(yàn)組111名學(xué)生全部參與投票。結(jié)果顯示，90.99%的學(xué)生贊同線上線下混合式教學(xué)模式；100%的學(xué)生認(rèn)為該教學(xué)模式有利于掌握微細(xì)結(jié)構(gòu)和提高自主學(xué)習(xí)能力；87.38%的學(xué)生認(rèn)為可促進(jìn)對(duì)理論知識(shí)的理解和提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及積極性，83.78%的學(xué)生認(rèn)為有助于提高獨(dú)立思考能力；80.18%的學(xué)生認(rèn)為可以提高分析解決問題的能力。

基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的線上線下混合式教學(xué)在組織學(xué)與胚胎學(xué)中的實(shí)踐與應(yīng)用，是將傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢(shì)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在線學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，拓展了教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度、延伸了教學(xué)的時(shí)間和空間，虛實(shí)結(jié)合，配合使用線上、線下教學(xué)資源，使個(gè)性化學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新學(xué)習(xí)的需求得到滿足，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和參與性，使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力?；旌鲜浇虒W(xué)不僅提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)，理論成績(jī)也有很大提高，取得了良好的學(xué)習(xí)效果?；旌鲜浇虒W(xué)模式的應(yīng)用對(duì)教師的能力和綜合素質(zhì)也提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。教師在混合式教學(xué)實(shí)施過程中需要精心設(shè)計(jì)教學(xué)過程，拓展知識(shí)面，豐富專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備量，在與學(xué)生互動(dòng)中提高教學(xué)技巧。混合式教學(xué)的應(yīng)用提高了教師的信息化素養(yǎng)和教學(xué)水平，達(dá)到了教學(xué)相長(zhǎng)的目的。

線上線下混合式教學(xué)是一種以教師為主導(dǎo)-學(xué)生為主體的教學(xué)模式[11]。這種教學(xué)模式更符合高等學(xué)校的教育教學(xué)特點(diǎn)，是高等學(xué)校教育的發(fā)展趨勢(shì)，因此如何更好地應(yīng)用、完善線上資源，使其更好地與課堂教學(xué)有機(jī)結(jié)合，達(dá)到1+1>2的效果，引導(dǎo)和督促學(xué)生自主學(xué)習(xí)，將知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和價(jià)值塑造融為一體，這些是我們?cè)诮窈蟮慕虒W(xué)實(shí)踐中需要進(jìn)一步完善和優(yōu)化的。

基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的線上線下混合式教學(xué)的研究與實(shí)踐,旨在創(chuàng)新與變革傳統(tǒng)教學(xué)模式，加強(qiáng)醫(yī)學(xué)教育優(yōu)質(zhì)資源建設(shè)與應(yīng)用，推進(jìn)信息技術(shù)與醫(yī)學(xué)教育的融合,從而取得最優(yōu)化的教學(xué)效果，滿足教育信息化背景下快速發(fā)展的醫(yī)學(xué)教育需求。